Bild Illustration: Wie Phagen in Bakterien eindringen und deren DNA verändern.
Die Welt der Bakteriophagen
In unserem Verdauungssystem existieren schätzungsweise Milliarden bis hin zu Billionen von Viren, bekannt als Bakteriophagen, was auf Griechisch so viel wie „Bakterienesser“ bedeutet. Breck Duerkop, ein Bakteriologe von der University of Colorado Anschutz School of Medicine, betont die rasante Entwicklung der Phageom-Forschung. Wissenschaftler versuchen verzweifelt, das unvorstellbare Spektrum dieser Viren zu erfassen. Der Verdacht steht im Raum: Wenn Ärzte die richtigen Phagen identifizieren oder ansprechen könnten, könnte das unsere Gesundheit erheblich verbessern.
Die Rolle der Phagen im menschlichen Körper
Paul Bollyky, ein Spezialist für Infektionskrankheiten und Forscher an der Stanford Medicine, sagt: „Es gibt sowohl gute als auch schlechte Phagen.“ Doch wie viele Phagen tatsächlich den menschlichen Darm bewohnen, bleibt unklar. Möglicherweise gibt es einen Phagen pro bakterielle Zelle oder sogar weniger. Einige Bakterien speichern Phagengene, ohne aktiv Viren zu produzieren; sie leben einfach ihr Leben mit Phage-DNA als Begleiter in ihrem Genom. Zu beachten ist auch die große Anzahl unidentifizierter Phagen, die von Wissenschaftlern als „dunkle Materie“ des Phageoms bezeichnet werden. Ein bedeutender Teil der aktuellen Forschungen zielt darauf ab, diese Viren und ihre Wirtsbakterien zu identifizieren.
Entdeckung und Bedeutung der crAssphagen
Ein interessantes Beispiel ist die häufigste Gruppe von Darmphagen, die crAssphage genannt werden. Der Name leitet sich von der Technik ab, die ihre Gene aus dem genetischen Mischmasch extrahierte – der sogenannten „Cross-Assembly“. Hill und seine Kollegen identifizierten kürzlich die charakteristische Form der crAssphagen – kugelförmig mit einem Stiel, der verwendet wird, um DNA in die Wirtsbakterien zu injizieren. Es ist noch nicht klar, ob crAssphagen einen Einfluss auf die menschliche Gesundheit haben, aber da sie eine der häufigsten Bakteriengruppen im Darm, die Bacteroides, infizieren, wäre eine solche Möglichkeit nicht ausgeschlossen.
Ein dynamisches Zusammenspiel zwischen Phagen und Bakterien
Die Phageome variieren erheblich von Person zu Person. Faktoren wie Alter, Geschlecht, Ernährung und Lebensstil beeinflussen diese Dynamik. Hill und Kollegen erläutern in ihrem Artikel in der „Annual Review of Microbiology“ von 2023 die sich verändernden Phageome. Phagen infizieren Bakterien und töten sie manchmal. Das Verhältnis zwischen den beiden ist jedoch komplex. Hill erklärt: „Früher dachten wir, dass Phagen und Bakterien in einem ständigen Kampf sind. Heute wissen wir, dass sie tatsächlich tanzen – sie sind Partner.“
Der Nutzen von Phagen für Bakterien
Phagen können Bakterien unterstützen, indem sie neue Gene einbringen. Wenn ein Phagenpartikel in einem infizierten Bakterium entsteht, können Golddaten mit seinen genetischen Material ins Protein eingekapselt werden. Später gibt er diese Gene an einen neuen Wirt weiter, was für den neuen Wirt von Vorteil sein kann. Diese Gene könnten Resistenzen gegen Antibiotika bieten oder die Fähigkeit verleihen, neue Substanzen zu verdauen.
Die Balance der bakteriellen Population im Darm
Die ständig aktiven Phagen sorgen dafür, dass die Bakterienpopulationen fit bleibt. Bacteroides-Bakterien präsentieren bis zu einem Dutzend verschiedene Zuckermäntel. Andersartige Mäntel haben verschiedene Vorteile – etwa zur Umgehung des Immunsystems. CrAssphagen sorgen dafür, dass Bacteroides ihre Mäntel häufig wechseln müssen, was zur Diversität innerhalb der Population führt. Dadurch kann die Gemeinschaft verschiedene Ecken des Verdauungssystems besetzen und auf neue Herausforderungen reagieren.
Phagen und die menschliche Gesundheit
Sie sind entscheidend für das Gleichgewicht im Darm. Die Beziehung im Mikrobiom erinnert an ein Ökosystem – ähnlich wie Wälder, in denen Wölfe die Rehe jagen. Veränderungen in diesen Räuber-Beute-Beziehungen können Krankheitsbilder zur Folge haben. Forschungsarbeiten zeigen, dass sich die Phageome bei Krankheiten wie dem Reizdarmsyndrom, entzündlichen Darmerkrankungen und sogar bei kolorektalem Krebs verändern. Bei Menschen mit IBS ist die Vielfalt des Phageoms oft stark eingeschränkt.
Zukünftige Ansätze zur Darmgesundheit
Die Wiederherstellung des Gleichgewichts im Mikrobiom erfolgt häufig über Diäten oder in kritischen medizinischen Fällen durch Stuhltransplantationen. Hill sieht echtes Potenzial darin, Phagen gezielt als therapeutische Optionen zu nutzen. So sind Wissenschaftler auf der Suche nach Phagen, die gezielt die Bakterien infizieren könnten, die Magenprobleme oder Geschwüre verursachen.
Schlussfolgerung: Die Bedeutung der Phagen
Seien Sie dankbar für die Billionen von Phagen, die das Ökosystem Ihres Darms steuern. Hill warnt: Ohne sie hätte eine kleine Anzahl von Bakterien die Möglichkeit, zu dominieren. Dies könnte zu Verdauungsproblemen, Gasbildung und Blähungen führen. Das Phageom – wild und wunderbar – ist ein tanzender Partner für Bakterien und Menschen zugleich.
Quelle: 10.1146/knowable-081324-2